石化设备发展规划及展望

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当代石油石化

PETROLEUM & PETROCHEIMCAL TODAY

Vol14 No.7. Jul 2006 .

中国石油天然气设备和石油化工设备发展规划及展望

赵志明(中国石油和石油化工设备工业协会,北京100825)

摘要:介绍了我国石油天然气和石油化工设备行业现状 ,提出了“要十一五”期间我国石油天然气和石油化工设备的发展战略、指导思想、发展目标与发展重点 ,展望了未来我国石油天然气和石油化工设备的发展方向。

关键词:中国石油天然气设备石油化工设备发展战略

1. 我国石油天然气设备和石油化工设备行业现状

1.1 石油勘探开发设备

20世纪80年代以来,通过国内外合作开发,我国石油勘探开发设备的生产能力不断提高。特别是“九五”以来,中国石油和中国石化两大集团公司投入大量资金研制勘探关键设备 ,取得了较大成果 ,有少量石油开发设备出口。1980年我国海上平台的国产设备只占5%以下,20世纪90年代上升到20%左右,目前为20%～30%。但我国石油勘探开发设备高新科技含量少,应变能力不强 ,还不是制造石油勘探开发设备的强国。

1.1.1 勘探设备

中国石油所属东方地球物理勘探有限公司是国内最大的地球物理勘探服务工程集团公司,勘探作业量占全国勘探量的70%,并在国外建立了20多个办事处,30多支作业队伍进入了国际勘探市场。西安石油勘探仪器总厂研制了GYZ4000型24位遥测地震仪、SKC2000增强型数控测井系统、ERA2000成像测井系统。这些重要设备的研制成功,使我国的物探装备接近国外同类装备水平。

1.1.2 钻井设备

我国目前已能成套生产钻深1000～7000米的系列钻机。驱动方式有机械驱动、直流电驱动、交流变频电驱动、电动加机械复合驱动等,可用于陆上钻井、沙漠钻井、近海钻井。

1.1.3 采油设备

为适用不同复杂程度的油井,不同的油质,不同的开采期等,发展了很多种类的采油设备 ,通常分为一次采油、二次采油、三次采油设备。

20 世纪80年代,原上海第二石油机械厂引进美国McVEOY公司技术,90年代研制成功105MPa单油管采油树和70MPa的双油管采油树,用于沙漠油田,并率先通过竞争中标进入我国海上采油领域。

1981年开始,我国的抽油机和抽油杆先后出口到美国、印度、拉美等地,是较早出口的产品。电潜泵适合于中后期注水强采,目前国内年产能力达2000套,已完全满足国内需要,并已出口国外。我国陆上油田聚合物驱技术目前居世界前列,生产规模占世界第一。20世纪80年代,我国引进美国W estern公司高压机组制造技术、Cooper公司的压裂泵技术,SPM公司的压裂管汇制造技术,并在引进国外泵基础上开发新产品,各项技术性能均已达到目前国际水平。

1.1.4 集输设备

目前我国管道建设正迎来一个大发展时期,随着西气东输和几条长输管道干线相继开工建设,下游城市各类支线、管网的建设也全面展开。长输油气管道工程关键设备包括:管道非开挖敷管钻机、天然气长输管道增压机组、高效大流量输油管线泵、大口径高压油气管道阀门、油气管道钢管等。

1)敷管钻机。

目前国内小型管道非开挖敷设管道定向钻机研发已有一定基础 , 而大中型钻机一直依赖进口。

2) 天然气长输管道增压机组。

沈阳鼓风机有限公司在消化吸收引进技术的基础上,自行设计制造了PCL303型压缩机。但目前,国内天然气长输管线增压用的大型燃气轮机加离心压缩机和变频电机加离心压缩机的制造还是空白。

3) 大口径高压油气集输管道阀门。

2001 年自贡高压阀门有限公司与 GE 新比隆公司签署技术合同,全面引进阀门技术。西气东输工程中26″660毫米)以下的球阀国内合资公司上海耐莱斯·詹姆斯伯雷阀门有限公司中标。我国大口径阀门 ( > 1 米 )生产上还是空白。

4) 油气管道钢管。

西气东输工程的装备和材料中,最成熟的是国产管材,几乎全部管材采用了国产螺旋焊管,产品符合API Spec 5L要求。石油管道中所用的钢管已完全可以立足于国内。

1.1.5 海洋石油钻采设备

1) 海上钻井设备

我国现有移动式钻井平台14艘,其中10艘是国内设计、国外建造,4艘是我国自行设计和建造。

2) 海上采油设备

我国具有设计和建造浅海固定式采油平台的能力,中国海洋石油集团公司已设计建造水深5米以内的固定式采油平台40多座,中国石油天然气集团公司建成5米以内的固定式采油平台10余座。在塘沽、深圳、胜利、湛江等地有4个固定平台建造基地。1.2 储运设备

1.2.1 大型油罐

我国已研制了10万立方米和1215万立方米原油储罐,但与国外相比,在大型化、储油罐用材、设备制造、焊接和热处理方面仍存在差距。

1.2.2 大型乙烯球罐

国内已开发了1500立方米乙烯球罐,但在大型化、低温高强度钢的品种、大型球皮的制作及焊接(如315Ni)等方面与国外仍有较大差距。

1.3 石化通用设备

20 世纪80年代,我国开始引进国外先进的设计、制造技术和检测试验技术。经过20多年的消化吸收和发展,特别是大力推行设备国产化,石化装置的大多通用设备我国能自行设计制造,还有少量设备出口,其技术水平接近国际先进水平。

350 万吨/年催化裂化装置的富气压缩机、30～50万吨/年乙烯裂解装置的乙烯“三机”已能自行设计制造,离心压缩机、往复压缩机的技术水平接近或达到国际同类产品水平,可以满足国内需要的70%。

1.3.1 气体压缩机

国内的压缩机制造企业通过自主开发和引进国外技术、消化吸收、攻关,在压缩机的设计、制造、试验等方面已有重大突破。

1.3.2 工业泵

我国先后从德、日、美、英、奥等国家引进七大系列产品设计、制造技术,有较强的水力、强度、振动研究的技术优势和一定规模的试验手段,具备计算机辅助设计的人员和设备条件,已掌握了多级泵细长转子的动态分析和多级泵平衡机构的计算程序,已为石化装置提供了高温高压油泵、锅炉给水泵、高速泵及化工流程泵。但与国外比较,国内石化用泵系列化和通用化程度不高,规格品种少,在制造精度、泵效率、质量和可靠性、密封性能、耐腐蚀性能等方面仍有较大的差距。

1.3.3 石化仪器仪表

我国尚只能生产部分普通仪表,大部分还主要依靠进口。目前,中外合资企业的软件和硬件仍由国外进口,如DCS系统几乎全部依靠国外进口,每年进口50套,约3000万美元左右。

2 我国石油天然气设备和石油化工设备需求预测

在石化工程建设中,设备物资费用占工程建设投资的50%左右。据估算,今后每年全国石化装备的投入将达到300亿元,“十一五”期间设备投资将达到1500亿元。石化设备需要250万吨,其中关键设备需70万吨。预计“十一五”期间,石化专用设备(包括反应器、换热设备、塔器、储运设备、加热炉、专用机械等)需要数十万吨,投资约475亿元。其中重大装备达到十几万吨,占总需求的30%左右。预计“十一五”期间,石化通用机械中需要各种压缩机和风机达2000多台,需要各种工业泵3万多台。对石化专用机械如烟气轮机、分离机械、过滤机械、挤压造粒机、包装码垛机等也提出了新的要求。石化生产企业的生产装置都需要更先进的计算机集散型控制系统 (DCS),实现自动控制。预计“十一五”期间,石化行业需要250套左右DCS系统。

3 我国石油天然气设备和石油化工设备的发展战略与指导思想

由于国内石油资源有限,国内对石油开发设备的需求不大,而国际市场较大,我国的石油设备已开始迈出国门,因此,我国石油勘探设备的发展应该着眼于国内与国际两个市场。

一方面,要满足国内西部和海洋石油开发对设备的需要, 和老油气田的稳产、改造的需要;

另一方面, 随着我国开始在国外勘探开发油气田,应增加设备的技术含量、提高其质量和可靠性,把我国的石油勘探开发设备带出去。不应再单纯追求扩大生产能力,而是应通过追踪世界先进技术水平,加大研究开发力度,提高技术水平。未来炼油和石化工业发展将呈现以下特点。

1) 炼油和石化生产工艺技术更新速度加快,每3～4年就有新工艺、新产品出现,并实现工业化,因此生产装置的改造和更新也将加快。

2) 炼油和石化生产的传统工艺将简化,现代高新技术将获得广泛应用。炼油、乙烯等成熟的传统生产工艺将向流程简化、降低能耗、提高经济效益的方向发展,并实现炼化一体化;现代高新技术如信息技术、纳米技术、膜分离技术、生物化工等将在石化工业中得到广泛应用。

3) 装置的单线生产能力将进一步大型化,即在经济规模范畴内,以高效、节能、环保为要点,满足先进工艺技术的要求,使企业得到最大的收益。

4) 炼油和石化生产过程将实现清洁生产、大力提高能源效率。能量回收、物料回收、污水处理和回用等单元将成为装置的重要组成部分,在生产技术上将有突破性的发展。同时清洁生产和提高能源效率将成为评价整个生产装置和企业先进性的重要因素。

5) 生产运行周期延长,一般情况下工艺装置可实现3～5年大修一次。除上述特点之外,同时也应注意到,与石油勘探开发设备相比,我国石化设备的一些关键设备,特别是与先进工艺密切相关的关键设备设计制造专利技术,尚未掌握,需要进口。随着石化技术进步的加快,石化装备业需要不断开发新的石化装备技术和产品来满足石化工业的需要。因此,我国石化设备的发展一方面要随着石化工艺的开发研究,掌握有自主知识产权的设备设计制造专利技术,满足我国石化企业不断完善改造和新建对设备的需求;另一方面,要跟踪国外先进的设计制造技术,提高创新能力,加强重大技术装备的攻关,逐步提高石化重大装备的国产化率。同时,随着我国综合国力的增强,要做好向国外出口成套石化装置的准备。

4 我国石油天然气设备和石油化工设备的发展目标

4.1 石油勘探开发设备的发展目标

“十一五”期间,石油勘探开发设备要实施“外向型”战略,产品设计和制造标准始终与国际接轨,把发展目标定位于跻身国际前沿。通过新技术、新工艺、新材料的应用,加快产品更新换代,增加品种,加大技术含量,以优良的性价比进军国际市场。预计“十一五”期间,我国石油勘探开发设备产量可增加30%～50%,产值可增加60%以上,达到140亿元/年,利润总额15亿元/年,出口额7亿美元。

4.1.1 石油勘探设备

测井设备的主要目标是瞄准国际先进测井技术水平,满足油田开发的需要,形成具有我国特色的成套测井装备。在物探设备方面,为了满足深层、高精度、高分辨率勘探需要,进行高精度、大容量、网络化地震仪的研究。

4.1.2 钻井设备

开发全电驱动和复合电驱动钻机;发展高移动性钻机;着手开发极寒地区、沼泽地区使用的特种钻机及小井眼钻机、套管钻机等特种工艺钻机;优化井架、底座设计,减轻重量;增强海洋钻机的自主设计开发能力,开始海洋石油平台的设计生产工作;发展系列变频顶驱钻机;提高常规型泥浆泵的可靠性,开发新型泥浆泵;钻井设备两极化发展。预计

“十一五”期间,国内每年需更新钻机40套,每年出口钻机20～30套。

4.1.3 采油设备

机械采油设备的研究和开发工作,主要是向如何满足开采难度大的油井和稠油、结蜡、结盐等油井的需要,以及达到节能降耗,提高经济效益,提高效率和可靠性,提高自动化、智能化控制技术的应用等方面发展。研制深井、边远地带油田修井设备,提高产品的可靠性和自动化水平。固井压裂设备方面,压裂车主要向大功率、多功能、自动化和系列化方向发展。混砂车向大排量、高砂比、多功能和自动化方向发展。

4.1.4 石油天然气集输成套设备

包括敷管钻机、天然气长输管道增压机组、大口径高压油气集输管道阀门和油气管道钢管等设备和器材。预计“十一五”期间,2万千瓦及以上的大型天然气长输管线离心增压机组的需要量约为100台套左右,大口径高压油气集输管道阀门(> 1米)在消化、吸收引进技术的基础上将有所突破。

4.1.5 海洋石油钻采设备

海上石油开发设备的国产化率在20%～30%之间徘徊了多年,关键设备几乎全是外国产品。因此,对中国制造业来说,发展海上石油装备,不仅要在技术质量等方面满足要求,还要提高国际投标能力,适应国际市场竞争规律。

4.2 石化设备的发展目标

先开发4类化工单元设备:传质单元设备、传热单元设备、干燥单元设备、气力输送单元设备,并建立单元设备数据库。

5 我国石油天然气设备和石油化工设备的发展重点

5.1 石油勘探开发设备

1) 研制钻深7000米以上的钻机。

2) 油气集输设备主要是开发中型敷管钻机、天然气长输管道的增压机组和大口径高压集输油气管道阀门。

5.2 炼油石化设备

1) 炼油设备重点发展产品:

①开展新型Cr-Mo钢抗氢材料及其大型加氢反应器的研制。

②大型(5000～10000平方米)板壳式换热器的研制。

③千万吨级常减压大型蒸馏塔(常压塔直径9米,减压塔直径16米)的研制。

④大型(15～20万立方米)浮顶贮罐的研制。

⑤配合炼油装置大型化,“十一五”期间要开展大型机泵的完善研究。

2) 石化设备重点发展产品:

①大型乙烯裂解炉。“十一五”期间,为满足100万吨级乙烯装置的需要,将开发15～20万吨/年裂解炉。

②大型乙烯冷箱。针对100万吨级的乙烯装置,在工艺计算软件、优化设计及生产工艺、检验技术等方面进行开发和研制。

③乙烯三机(裂解气压缩机、丙烯压缩机、乙烯制冷压缩机)的进一步研制。

④大型(2000～3000立方米)乙烯球罐的研制。

⑤进一步研制大规格的聚乙烯气相反应器。

⑥丙烯聚合反应器、聚丙烯共聚反应器、精对苯二甲酸(PTA)氧化反应器、丙烯腈流化床反应器等的研制。

⑦大型混炼挤出造粒机组。目前我国聚烯烃装置中的大型混炼挤出造粒机组全部从国外进口,建议在“十一五”期间,采用技贸结合的方式引进设计和制造技术,进行大型挤出造粒机组的攻关研制。

⑧迷宫式压缩机。在“十一五”期间,要针对大型聚烯烃装置所需的迷宫式压缩机,继续攻关研制,逐步形成系列产品。

⑨立式螺旋卸料离心机。“十一五”期间,结合新建PTA装置和老装置的改造,开展大直径、大长径比、高转速、高工作压力、机电一体化的立式螺旋卸料离心机的研发。

⑩蒸汽管回转干燥机。开展蒸汽分配器流道的研究及新型分配器开发等,研制大型蒸汽管回转干燥机。

5.3 合成氨关键设备

包括气化炉、氨合成塔及合成气废热锅炉的研制。目的是提高氨净值,更好地利用反应热产生的高压蒸汽,开发工艺设计软件,解决高压设备制造的难点,研制出具有我国特色的合成氨关键设备。“十一五”期间,要抓好四大机组的开发研究、推广应用工作,赶上世界当代同类产品的技术水平,满足大化肥装置建设的需要。

5.4 化工单元设备

石化设备的发展要以发展大型乙烯成套装备、大型炼油装置、大型合成氨成套设备和煤直接气化成套设备为纲。“十一五”期间,要将原30万吨/年乙烯升级改造到60～70万吨/年的规模,新建的乙烯装置规模一般是70～80万吨/年,甚至100万吨/年。与其相配套的装置,生产规模均会扩大,如PTA规模达60万吨/年,醋酸规模达50万吨/年,甲醇

规模85万吨/年。炼油装置向1000万吨/年发展,并且走炼化一体化道路。发展250万吨/年煤直接气化制油成套设备,到2010年,达到年产1000万吨。预计“十一五”期间,我国的石化设备产量将达到60万吨/年,总产值140亿元/年,国内市场占有率90%,出口额3亿美元。战略目标是:开发出大型、高效、低能耗并具有环保功能的炼油和石化装备及单元设备;掌握其核心技术;达到国际先进水平;在满足国内要求的同时,努力打入国际市场。“十一五”及未来十五年我国石化设备的发展目标是:掌握大型石化专用设备的设计计算、制造、运输、现场组焊、安装和热处理技术。开展大型石化专用设备、专利设备新技术、新材料的开发研究。研制各类高效、紧凑、高精度单元设备和辅助性单元设备,以满足无裕度或小裕度设计要求,提高设备的经济效益和综合竞争力。大型石化通用机械(机、泵、阀)及监控系统的技术问题,要与发达国家保持同步,不断跟踪,并将引进技术和自行开发结合起来。按不同的功能开发单元设备,可大大减少成套的工作量,缩短装置的建设周期。

6 我国石油天然气设备和石油化工设备的发展、展望

从国内环境看,由于制造业是国力的象征,中共十六大报告明确提出了“大力振兴装备制造业”的目标要求,国家已将机械制造业作为“十一五”期间重点支持和发展的产业之一。《中共中央关于制定“十一五”规划的建议》明确要求装备制造业要依托重点建设工程,坚持自主创新与技术引进相结合,强化政策支持,提高重大技术装备国产化水平,特别是在高效清洁发电和输变电、大型石油化工、先进适用运输装备、高档数控机床、自动化控制、集成电路设备和先进动力装置等领域实现突破,提高研发设计、核心元器件配套、加工制造和系统集成的整体水平。这些都为我国装备制造业未来的发展指明了方向。

但是,石油化工装备制造业的发展也面临着严峻的挑战。随着国际油价持续走高和油气供应持续偏紧 ,油气勘探开发投资力度不断加大,油气管道等能源基础设施建设步伐不断加快,对石油天然气和石油化工设备的需求大幅度增长,由此也吸引了大批投资者纷纷进入,加剧了市场竞争。

同时,我们也要正视我国石油天然气和石油化工设备制造行业自身存在的一些突出矛盾和问题。主要是,研发力量薄弱,技术水平不高,缺乏具有自主知识产权的核心技术和拳头产品。各专业机械研究所和企业研发力量分散,缺乏装备研发的整体策划,在科研立项、成果转化、系统成套、现场试验、信息反馈等方面存在脱节现象。装备制造企业数量多、规模小,各自为政,缺乏统筹协调,低水平重复建设现象严重,造成生产能力浪

费和一定程度的同业无序竞争,影响了装备制造企业的自身发展。

在机遇与挑战并存的宏观环境下,石油天然气和石油化工设备制造业要实现新的发展,首先要积极适应形势的发展变化,认真研究和把握市场规律,下大力气解决自身存在的矛盾和问题,进一步明确企业乃至整个行业的总体发展战略。

今后总的发展思路是,紧密围绕国内外石油石化工业的发展需要,注重提高研发能力,大力推进技术进步,狠抓产品质量和服务,努力形成一批具有自主知识产权的高端名牌产品,以及适应用户需要的个性化产品;通过体制创新和机制转换,形成结构合理、强强联合、加快发展的态势,打造中国石油天然气和石油化工装备业的核心竞争力,实现全行业的持续、有效和较快的发展。

我国国民经济的持续高速发展促进了石油天然气和石油化工工业固定资产投资的增长,新建和改造项目的增加,必将带动对石油天然气和石油化工设备的需求,带动石化装备制造业的发展。目前,我国的石油天然气设备门类比较齐全,规格、品种基本能满足我国陆上石油勘探开发的需要。从我国石油天然气设备的生产能力、产量、产值、生产的品种规格和从业人员等方面来看,我国已是一个生产石油天然气设备的大国;我国的石油化工设备按投资计算,炼油设备95%已实现国产化,化工设备有70%已实现国产化。但由于生产装置的大型化带来石化装备的大型化,已国产化的设备如反应设备、压缩机组、特殊泵类设备和专用机械有的仍需要进口。另外石化生产技术进步加快,国内石油化工设备开发跟不上,特别是不少反应设备经常是国外专利商的专利设备或专有技术设备,国外专利商都有自己的协议制造商,这也是造成不少反应设备大量进口的原因。2005年我国石油和石化设备制造行业总体呈现高速发展态势,但设备的高新技术含量少,技术创新能力低,某些特殊设备(如海上石油开发设备、石化工业中的一些专利设备等) 还需要进口。国际油气供求的上升和油价高企,以及国内对石油产品和化工原材料需求的高速增长,使石油化工装备制造业面临着良好的发展机遇,发展空间十分广阔。从国际大环境看,一是西方发达国家正在进行产业转移,我国面临着成为世界制造业中心的良好机遇。二是国际油价持续走高,刺激投资者纷纷将资金投向石油勘探开发和石油加工, 形成了新一轮的石油投资高峰,石油天然气和石油化工设备需求剧增。我国石油天然气和石油化工设备中有些产品性价比优于发达国家,具有一定的比较竞争优势。三是国内三大石油公司都在大力实施“走出去”战略,加快海外业务发展,可以带动石油化工装备走向国际市场。这些都为石油装备的出口和企业大发展提供了难得的机遇。

2006, 14 ( 7 ) 赵志明 . 中国石油天然气设备和石油化工设备发展规划及展望

收稿日期 : 2006 - 04 - 06。作者简介 : 赵志明 ,教授级高级工程师 , 曾任中国机电进出口商会副会长、中国通用机械工程总公司总经理、机械工业部石化通用局副局长等职务。现任中国石油和石油化工设备工业协会常务副理事长兼秘书长。